带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法及系统

摘要

本发明提供了一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法及系统，涉及通信协议技术领域，通过采集第一数据信息，并根据第一数据信息获得数据时延信息，根据数据时延信息对第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息，通过GPS系统获取时间信息，并根据时间信息与帧尾信息计算得到数据采集时间信息，将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。本发明可以提高传感节点采集数据的时间准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及通信协议技术领域，尤其是涉及带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法及系统。

背景技术

物联网是新兴产业，传感器是物联网的基础，无线网络传感器更是物联网最基础的产业，其技术水平同时也是影响物联网应用普及的关键因素。无线传感器网络包括传感节点和网络中继。传感节点就是网络传感器，它负责数据的采集、处理和传输。网络中继负责收集传感节点的数据，然后打包发送至数据服务中心。传感节点采集的数据必须要有时间，否则采集的数据毫无意义。一般的做法是：在传感节点上装GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)，从GPS获得时间。另外，传感节点采集数据之后发送给网络中继，没有标明数据采集的时间，网络中继将接受到的数据以当前自己的时间发往数据服务中心。如果采集时间比较长，或者发生网络堵塞，那么这样采集的数据就具有很大的时延，以至于数据失去意义甚至产生严重的后果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法及系统，以提高传感节点采集数据的时间准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法，其中，所述方法包括：

采集第一数据信息，并根据所述第一数据信息获得数据时延信息；

根据所述数据时延信息对所述第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息；

通过全球定位系统GPS获取时间信息，并根据所述时间信息与所述帧尾信息计算得到数据采集时间信息；

将所述数据采集时间信息与所述第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将所述第二数据信息发送给数据服务中心。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

判断所述第一数据信息是否正确；

如果所述第一数据信息正确，则生成确认数据包，将所述确认数据包反馈给传感器节点，并根据所述确认数据包得到反馈时延信息。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一数据信息包括第一数据帧长度，所述根据所述第一数据信息获得数据时延信息包括：

获取第三数据信息，并根据所述第三数据信息计算得到参数和所述反馈时延信息；

根据所述参数和所述第一数据帧长度，获得第一时延信息；

获取第一发送确认时延信息，并结合所述第一时延信息和所述反馈时延信息，计算得到第二时延信息；

根据所述第一时延信息和所述第二时延信息，得到所述数据时延信息。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第三数据信息包括第二数据帧长度和第三数据帧长度，所述根据所述第三数据信息计算得到参数和所述反馈时延信息包括：

通过第一调试获取所述第二数据帧长度，并测得第二发送确认时延信息；

通过第二调试获取所述第三数据帧长度，并测得第三发送确认时延信息；

根据所述第二数据帧长度、所述第三数据帧长度、所述第二发送确认时延信息和所述第三发送确认时延信息，计算得到所述参数和所述反馈时延信息。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据所述第一时延信息和所述第二时延信息得到所述数据时延信息包括：

根据下式进行计算所述数据时延信息：

T＝aX+m

其中，所述T为所述数据时延信息，所述a为所述第一数据帧长度，所述X为所述参数，所述m为所述第二时延信息。

第二方面，本发明实施例还提供一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现系统，其中，包括：

数据时延获取单元，用于采集第一数据信息，并根据所述第一数据信息获得数据时延信息；

标记单元，用于根据所述数据时延信息对所述第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息；

数据采集时间获取单元，用于通过GPS获取时间信息，并根据所述时间信息与所述帧尾信息计算得到数据采集时间信息；

发送单元，用于将所述数据采集时间信息与所述第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将所述第二数据信息发送给数据服务中心。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：

裁决单元，用于判断所述第一数据信息是否正确，在所述第一数据信息正确的情况下，生成确认数据包，将所述确认数据包反馈给传感器节点，并根据所述确认数据包得到反馈时延信息。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一数据信息包括第一数据帧长度，所述数据时延获取单元还用于：

获取第三数据信息，并根据所述第三数据信息计算得到参数和所述反馈时延信息；

根据所述参数和所述第一数据帧长度，获得第一时延信息；

获取第一发送确认时延信息，并结合所述第一时延信息和所述反馈时延信息，计算得到第二时延信息；

根据所述第一时延信息和所述第二时延信息，得到所述数据时延信息。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第三数据信息包括第二数据帧长度和第三数据帧长度，所述根据所述第三数据信息计算得到参数和所述反馈时延信息包括：

通过第一调试获取所述第二数据帧长度，并测得第二发送确认时延信息；

通过第二调试获取所述第三数据帧长度，并测得第三发送确认时延信息；

根据所述第二数据帧长度、所述第三数据帧长度、所述第二发送确认时延信息和所述第三发送确认时延信息，计算得到所述参数和所述反馈时延信息。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据所述第一时延信息和所述第二时延信息得到所述数据时延信息包括：

根据下式进行计算所述数据时延信息：

T＝aX+m

其中，所述T为所述数据时延信息，所述a为所述第一数据帧长度，所述X为所述参数，所述m为所述第二时延信息。

本发明提供的无线MAC(Multiple Access Control，多路访问控制)协议的实现方法及系统，通过采集第一数据信息，并根据第一数据信息获得数据时延信息，根据数据时延信息对第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息，通过全球定位系统GPS获取时间信息，并根据时间信息与帧尾信息计算得到数据采集时间信息，将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。本发明可以提高传感节点采集数据的时间准确性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的另一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法流程图；

图3为本发明实施例一提供的数据时延信息获得方法流程图；

图4为本发明实施例一提供的数据时延信息获得方法中步骤S310的流程图；

图5为本发明实施例二提供的一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现系统示意图；

图6为本发明实施例二提供的无线传感器网络结构示意图。

图标：

100-数据时延获取单元；200-标记单元；300-数据采集时间获取单元；400-发送单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

无线传感器网络包括传感节点和网络中继。传感节点负责数据的采集、处理和传输，网络中继负责收集传感节点的数据，然后打包发送至数据服务中心，数据服务中心负责接收网络中继发送过来的数据并进行存储、分析，呈现给用户。在数据进行采集、传输的过程中，如果采集时间比较长，或者发生网络堵塞，那么这样采集的数据就具有很大的时延，使数据失去意义甚至产生严重的后果。

基于此，本发明实施例提供的带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法及系统，可以提高传感节点采集数据的时间准确性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法流程图。

参照图1，带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法包括如下步骤：

步骤S110，采集第一数据信息，并根据第一数据信息获得数据时延信息；

步骤S120，根据数据时延信息对第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息；

步骤S130，通过GPS系统获取时间信息，并根据时间信息与帧尾信息计算得到数据采集时间信息；

步骤S140，将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。

具体的，从传感节点开始采集第一数据信息到网络中继接收成功，之间这段时间称之为数据时延。更具体地说，数据时延包括采集时延、发送时延、传播时延、处理时延。数据时延是采集时延、发送时延、传播时延和处理时延之和。其中，采集时延是指从数据开始采集到数据开始发送；发送时延是指从数据开始发送到数据发送完成；传播时延是指从传感节点发送数据开始到网络中继收到数据，由于电磁波在自由空间的传播速率是光速，因此可以忽略传播时延；处理时延是指从接收到数据到做出裁决，包括数据拆包、数据解码、CRC校验等。

发送时延与处理时延是与数据帧长度相关的数，将发送时延与处理时延作为第一时延信息。假设第一数据信息的数据帧长度为a，那么第一时延信息就是aX，其中X为未知参数。采集时延作为第二时延信息，并设为m，m为未知常数。

图2为本发明实施例一提供的另一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法流程图。

参照图2，带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法还包括如下步骤：

步骤S210，判断第一数据信息是否正确，如果第一数据信息正确，则执行步骤S221；如果第一数据信息不正确，则执行步骤S222和步骤S230；

步骤S221，生成确认数据包，将确认数据包反馈给传感器节点，并根据确认数据包得到反馈时延信息；

步骤S222；将第一数据信息丢弃；

步骤S230，将第一数据信息进行重新发送。

具体的，网络中继对第一数据信息进行裁决，并在第一数据信息正确的情况下，一方面将第一数据信息发送给数据服务器，另一方面向传感节点反馈一个确认数据包；从网络中继作出裁决到传感节点接收到确认数据包这段时间设为n，确认数据包是固定长度的，n是与确认数据包有关的未知常数。

在第一数据信息错误的情况下，网络中继将第一数据信息丢弃，传感节点在一定时间内接收不到反馈的确认数据包，就自动将第一数据信息重新发送给网络中继，网络中继对重新发送的第一数据信息再次进行判断。

根据本发明的示例性实施例，第一数据信息包括第一数据帧长度，参照图3，根据第一数据信息获得数据时延信息包括如下步骤：

步骤S310，获取第三数据信息，并根据第三数据信息计算得到参数,和反馈时延信息；

具体的，第三数据信息包括第二数据帧长度和第三数据帧长度，参照图4，本步骤具体通过步骤S410——S430来实现：

步骤S410，通过第一调试获取第二数据帧长度，并测得第二发送确认时延信息；

步骤S420，通过第二调试获取第三数据帧长度，并测得第三发送确认时延信息；

步骤S430，根据第二数据帧长度、第三数据帧长度、第二发送确认时延信息和第三发送确认时延信息，计算得到参数和反馈时延信息。

其中，定义从传感节点采集数据开始，到接收到网络中继发送的确认数据包为止，这段时间为发送确认时延，发送确认时延用K表示。

通过调试，传感节点只发送数据不采集数据，对第三数据信息进行人工修改，并设置成第二数据帧长度b；在传感节点开始发送第三数据信息的同时启动定时器计时，直到收到网络中继反馈的数据确认包时停止计时，通过查看定时器计算出第二发送确认时延K2，有公式(1)：

bX+n＝K2 (1)

同样，通过调试，传感节点只发送数据不采集数据，对第三数据信息进行人工修改，并设置成第三数据帧长度c时，有公式(2)：

cX+n＝K3 (2)

其中，K3为第三发送确认时延。

根据公式(1)和公式(2)可计算得出参数X和反馈时延n。

步骤S320，根据参数和第一数据帧长度，获得第一时延信息；

具体的，第一数据帧长度为a，是已知数，第一时延信息是发送时延与处理时延之和，为aX。

步骤S330，获取第一发送确认时延信息，并结合第一时延信息和反馈时延信息，计算得到第二时延信息；

具体的，在传感节点采集数据时，有第一发送确认时延K1，如公式(3)所示：

m+aX+n＝K1 (3)

通过定时器计时可查看公式(3)中的第一发送确认时延信息K1，再将参数X和反馈时延n带入到公式(3)中，可计算得到采集时延m，第二时延信息为采集时延。

步骤S340，根据第一时延信息和第二时延信息，得到数据时延信息。

具体的，由于已忽略传播时延，故数据时延信息仅包括第一时延信息和第二时延信息，如公式(4)所表示：

T＝aX+m (4)

其中，T为数据时延信息，aX为第一时延信息，即发送时延和处理时延之和，m为采集时延。

传感网络采集完第一数据信息要发送的时候，将数据时延信息T写入数据帧的数据位末尾进行标记，得到帧尾信息，当网络中继接收到第一数据信息时，根据帧尾信息解析得到数据时延信息，并结合自身通过GPS获得的时间信息计算出具体的数据采集时间信息，举例说明：假设时间信息为15:30，数据时延信息为15分钟，那么数据采集时间信息是将时间信息15:30向前推15分钟，为15:15。将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。

本发明提供的带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法，通过采集第一数据信息，并根据第一数据信息获得数据时延信息，根据数据时延信息对第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息，通过全球定位系统GPS获取时间信息，并根据时间信息与帧尾信息计算得到数据采集时间信息，将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。本发明可以提高传感节点采集数据的时间准确性。

实施例二：

图5为本发明实施例二提供的一种带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现系统示意图。

参照图5，带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现系统包括：

数据时延获取单元100，用于采集第一数据信息，并根据第一数据信息获得数据时延信息；

标记单元200，用于根据数据时延信息对第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息；

数据采集时间获取单元300，用于通过GPS获取时间信息，并根据时间信息与帧尾信息计算得到数据采集时间信息；

发送单元400，用于将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。

根据本发明的示例性实施例，带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现系统还包括：

裁决单元，用于判断第一数据信息是否正确，在第一数据信息正确的情况下，生成确认数据包，将确认数据包反馈给传感器节点，并根据确认数据包得到反馈时延信息。

根据本发明的示例性实施例，第一数据信息包括第一数据帧长度，数据时延获取单元100还用于：

获取第三数据信息，并根据第三数据信息计算得到参数和反馈时延信息；

根据参数和第一数据帧长度，获得第一时延信息；

获取第一发送确认时延信息，并结合第一时延信息和反馈时延信息，计算得到第二时延信息；

根据第一时延信息和第二时延信息，得到数据时延信息。

根据本发明的示例性实施例，第三数据信息包括第二数据帧长度和第三数据帧长度，根据第三数据信息计算得到参数和反馈时延信息包括：

通过第一调试获取第二数据帧长度，并测得第二发送确认时延信息；

通过第二调试获取第三数据帧长度，并测得第三发送确认时延信息；

根据第二数据帧长度、第三数据帧长度、第二发送确认时延信息和第三发送确认时延信息，计算得到参数和反馈时延信息。

图6为本发明实施例二提供的无线传感器网络结构示意图。

参照图6，无线传感器网络包括传感节点、网络中继和数据服务中心。传感节点分布比较广泛，覆盖面积比较大，它负责数据的采集、处理和传输；网络中继负责收集传感节点的数据，将数据打包发送至数据服务中心；数据服务中心负责将数据并进行存储、分析，呈现给用户。

另外，本发明所涉及的数据帧格式为802.11MAC数据帧格式。

本发明提供的带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现系统，通过采集第一数据信息，并根据第一数据信息获得数据时延信息，根据数据时延信息对第一数据信息的数据帧进行时间标记，得到帧尾信息，通过全球定位系统GPS获取时间信息，并根据时间信息与帧尾信息计算得到数据采集时间信息，将数据采集时间信息与第一数据信息进行打包，得到第二数据信息，并将第二数据信息发送给数据服务中心。本发明可以提高传感节点采集数据的时间准确性。

本发明实施例所提供的带时间补偿数据采集无线MAC协议的实现方法及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。